(57)【要約】【課題】  ビオ数が大きい材料によって又はビオ数が大きい伝熱条件においてより効率的に冷却を行う熱交換隔壁を提供する。【解決手段】  高温ガスが存在する領域と冷却空気が流される領域とを区画する基板の冷却空気側の表面に多数のフィンを分散的に配置する。さらに、フィンと同じ側の基板の表面に、フィンに対して１／１０程度の高さの多数のリブを分散的に配置する。リブの形状は、基板に垂直な方向から見て長方形などの多角形である。高温ガスから基板に伝達した熱は、基板中を伝導して、フィンを基板に近い根元の方から熱する。ビオ数が大きい材料で形成されたフィン、又は、ビオ数が大きい伝熱条件におかれたフィンは、根元と先端の温度差が大きくなる。基板に近い場所を流れる冷却空気は、リブにより攪乱されて乱流を発生する。その乱流により、冷却空気はフィンの根元付近の温度が高い部分を効果的に冷却する。【選択図】図１
2005061725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に分散的に設けられた第１突起と、
前記基板に分散的に設けられ、前記基板の表面に対して法線方向の長さが前記第１突起よりも短い複数の第２突起と
を具備する熱交換隔壁。
【請求項２】
基板と、
前記基板に設けられた第１突起と、
前記基板に設けられ、前記基板の表面に対して法線方向の長さが前記第１突起よりも短い第２突起とを具備し、
前記第２突起は、前記表面に隣り合う第１側面と、前記表面と前記第１側面とに隣り合い前記第１側面よりも面積が小さい第２側面とを有する
熱交換隔壁。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２側面の数は、前記第１突起の数以上である
熱交換隔壁。
【請求項４】
基板と、
前記基板に設けられた第１突起と、
前記基板に設けられ、前記基板の表面に対して法線方向の長さが前記第１突起よりも短く、前記表面に水平な断面の最大長さが隣りあう２本の前記第１突起の間隔よりも短い第２突起と
を具備する熱交換隔壁。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか１項において、
前記第１突起と前記第２突起との間には隙間が空いている
熱交換隔壁。
【請求項６】
請求項１から５のうちのいずれか１項において、
前記第２突起の各々は、前記第１突起の隣りに配置されている
熱交換隔壁。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか１項において、
前記第２突起は、前記基板に平行な断面が四角形である
熱交換隔壁。
【請求項８】
請求項１から７のうちのいずれか１項において、
前記第２突起は、前記基板に平行な断面が鋭角を有する
熱交換隔壁。
【請求項９】
請求項１から８のうちのいずれか１項において、
前記第２突起は、前記基板に垂直な断面が四角形である
熱交換隔壁。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１項において、
前記第２突起は、２本の前記第１突起の間に設けられ、
前記第２突起の前記基板に平行な断面は、前記２本の第１突起を結ぶ方向に長い
熱交換隔壁。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちのいずれか１項において、
前記第２突起は、前記第１突起の各々に対して、該熱交換隔壁に隣接する空間に流される冷却空気の流れの上流側に配置されている
熱交換隔壁。
【請求項１２】
第１流路と、
隔壁と、
前記隔壁によって前記第１流路と分離された第２流路とを具備し、
前記隔壁は、請求項１から１１のうちのいずれか１項に記載された熱交換隔壁によって形成されている
熱交換器。
【請求項１３】
内部に燃焼室を形成するライナ外壁と、
前記ライナ外壁の内側に設置され、前記ライナ外壁との間に冷却空気の流路を形成するライナ内壁と
を具備し、
前記ライナ内壁は、請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載された熱交換隔壁によって形成されている
ガスタービン用燃焼器。
【請求項１４】
請求項１３に記載されたガスタービン用燃焼器
を具備するガスタービン。
【請求項１５】
請求項１４に記載されたガスタービンから排気されるジェットにより推進力を得る
飛翔体。
【請求項１６】
飛行中に飛行速度と同程度の大気流にさらされる表面の少なくとも一部は、請求項１から１１のいずれか１項に記載された熱交換隔壁によって形成されている
飛翔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換用の隔壁の構造に関し、特に、ガスタービンの燃焼器を冷却するのに適した熱交換用の隔壁の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、その圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを作る燃焼器と、その燃焼器から取り込まれた燃焼ガスの膨張により駆動力を得るタービンとを備えている。燃焼器は高温となるため、冷却が施される。効率の良い冷却手段が望まれている。
【０００３】
ガスタービンの熱効率を向上させるため、より高温で燃料を燃焼させる燃焼器が開発されている。燃焼ガスの温度の上昇に伴い、より優れた冷却性能を持つ燃焼器用の冷却手段が求められている。更に、燃焼ガスの温度上昇は、燃焼器において生成されるＮＯｘの増加を招く。ガスタービンが環境に与える負荷を低減するために、ＮＯｘの排出量を低減する技術が望まれている。
【０００４】
燃焼ガスの温度がより高いガスタービンにおいては、タービン翼により高い耐熱性が求められる。タービン翼により高い耐熱性を持たせるために、ガスタービン翼の内部に空気などの冷却媒体が通る流路を形成し、内部からガスタービン翼を冷却する冷却構造が知られている。効率の良い冷却手段が望まれている。
【０００５】
自身の内側に燃焼室を形成するライナと、ライナの外周側に位置する外壁と、ライナと外壁との間の間隙に形成され、圧縮機で昇圧された空気を燃焼室に導く空気流路とを有するガスタービンにおいて、ライナの外周側面には、周方向に伸びる凸部を形成するリブと、長手方向に伸び、リブより高い凸部を形成するフィンとを備えたことを特徴とするガスタービンが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
内部を燃焼室とする筒状の燃焼器ライナと、この燃焼器ライナの上流側端部に設けられ、燃料を燃焼室内に供給するパイロット燃料ノズルと、このパイロット燃料ノズルの下流側に位置して燃焼器ライナの周壁に接続され、燃料と空気との予混合燃料を供給する予混合ダクトと、燃焼器ライナの下流側端部に連結され、燃焼ガスをタービン側に導入する尾筒とを備えた予混合希薄燃焼方式のガスタービン燃焼器であって、パイロット燃料ノズルの燃料吹出し部および予混合ダクト内に燃焼用空気を導入する空気流路を、燃焼器ライナとその外周側に設けたフロースリーブとの間の環状空間によって形成し、その空気流路内で燃焼用空気を燃焼器ライナの下流側から上流側に向って流動させることにより燃焼器ライナの冷却空気として使用するものにおいて、環状空間に面する燃焼器ライナの外周面に、冷却空気の乱流促進手段として、燃焼器ライナ軸方向と交差するリブ状のフィンを設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器も知られている（特許文献２参照）。
【０００７】
圧縮機から供給された圧縮空気と燃料ノズルから噴射された燃料を燃焼筒内で燃焼し、その燃焼ガスを静翼を介して動翼に導き動力を得るガスタービンの、圧縮空気の一部を冷却空気として静翼、および、または、動翼内に導き静翼、および、または、動翼の冷却する翼冷却構造であって、前縁と後縁を結ぶ方向を翼幅方向、翼幅方向に直角に軸心側端部と反軸心側の翼端を結ぶ方向を翼長さ方向、背側と腹側を結ぶ方向を翼厚さ方向としたときに、翼の内部に、背側部材と腹側部材を結びつつ翼長さ方向に延伸する１以上の隔壁部材を設けて、翼長さ方向に冷却空気を流すことができる冷却空気通路を形成し、背側部材内面と腹側部材内面の少なくとも一方から翼厚さ方向中心に向って突出する複数の突起を、冷却空気通路の一対の隔壁部材の双方からそれぞれ他方に向けて冷却空気流れの上流側に傾斜させて延伸させながら、翼長さ方向に互いに離間させて略平行に配設して成り、突起が、翼幅方向の長さが冷却空気通路の半分を越える長い突起と、翼幅方向の長さが冷却空気通路の半分未満である短い突起の２種類とされ、一対の隔壁部材の一方から長い突起が配設された場合は、同じ翼長さ位置で他方から延伸する突起は短い突起とされ、かつ、それぞれの隔壁部材の側で長い突起と短い突起が、翼長さ方向で、交互に配設されている、ことを特徴とするガスタービンの翼冷却構造が知られている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−８８２５２号公報
【特許文献２】特開平１０−８２５２７号公報
【特許文献３】特開２００２−１２９９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、熱交換の効率が高い熱交換隔壁を提供することである。
本発明の他の目的は、熱交換の効率が高く安価な熱交換隔壁を提供することである。
本発明の更に他の目的は、高い効率でガスタービンの燃焼器を冷却することを可能にする熱交換隔壁を提供することである。
本発明の更に他の目的は、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低いガスタービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］又は［実施例］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］における記載と、［発明を実施するための最良の形態］又は［実施例］における記載との対応関係を明らかにするために付加されたものである。それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明による熱交換隔壁（１）は、基板（２４）と、基板（２４）に分散的に設けられた第１突起（２２）と、基板（２４）に分散的に設けられ、基板（２４）の表面に対して法線方向の長さが第１突起（２２）よりも短い複数の第２突起（２３、２６、２７、２８）とを具備している。
【００１２】
本発明による熱交換隔壁（１）は、基板（２４）と、基板（２４）に設けられた第１突起（２２）と、基板（２４）に設けられ、基板（２４）の表面に対して法線方向の長さが第１突起（２２）よりも短い第２突起（２３）とを具備している。第２突起（２３）は、表面に接する辺を有する第１側面と、表面に接する辺及び第２側面に接する辺を有し第１側面よりも面積が小さい第２側面（２５）とを有している。第２側面（２５）の数は、第１突起（２２）の数以上である。
【００１３】
本発明による熱交換隔壁（１）は、基板（２４）と、基板（２４）に設けられた第１突起（２２）と、基板（２４）に設けられ、基板（２４）の表面に対して法線方向の長さが第１突起（２２）よりも短く、表面に水平な断面の最大長さが隣りあう２本の第１突起（２２）の間隔よりも短い第２突起（２３、２６、２７、２８）とを具備している。
【００１４】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第１突起（２２）と第２突起（２３、２６、２７、２８）との間には隙間が空いている。
【００１５】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３、２６、２７、２８）の各々は、第１突起（２２）の隣りに配置されている。
【００１６】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３）は、基板（２４）に平行な断面が四角形である。
【００１７】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３）は、基板（２４）に平行な断面が鋭角を有する。
【００１８】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３）は、基板（２４）に垂直な断面が四角形である。
尚、ここでいう「鋭角」や「四角形」とは、厳密な角には限定されず、製造上の理由により角が面取りされた形態も含む。
【００１９】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３）は、２本の第１突起（２２）の間に設けられている。第２突起（２３）の基板（２４）に平行な断面は、２本の第１突起（２２）を結ぶ方向に長い。
【００２０】
本発明による熱交換隔壁（１）において、第２突起（２３、２６、２７、２８）は、第１突起（２２）の各々に対して、該熱交換隔壁（１）に隣接する空間に流される冷却空気（１８）の流れの上流側に配置されている。
【００２１】
本発明による熱交換器は、第１流路と、隔壁と、隔壁によって第１流路と分離された第２流路とを具備している。隔壁は、本発明による熱交換隔壁（１）によって形成されている。
ここで、第１流路と第２流路のいずれに高温流体を通すかは、特に限定するものではない。
【００２２】
本発明によるガスタービン用燃焼器（２）は、内部に燃焼室を形成するシェル（１２）と、シェル（１２）の内側に設置され、シェル（１２）との間に冷却空気（１８）の流路を形成するパネル（１４）とを具備している。パネル（１４）は、本発明による熱交換隔壁（１）によって形成されている。
【００２３】
本発明によるガスタービンは、本発明によるガスタービン用燃焼器（２）を具備している。
【００２４】
本発明による飛翔体は、本発明によるガスタービンから排気されるジェットにより推進力を得る。飛翔体としては、航空機、宇宙機、ロケットが例示される。
【００２５】
本発明による飛翔体は、飛行中に飛行速度と同程度の大気流にさらされる表面の少なくとも一部は、本発明による熱交換隔壁（１）によって形成されている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、熱交換の効率が高い熱交換隔壁が提供される。
更に本発明によれば、熱交換の効率が高く安価な熱交換隔壁が提供される。
更に本発明によれば、高い効率でガスタービンの燃焼器を冷却することを可能にする熱交換隔壁が提供される。
更に本発明によれば、ＮＯｘの排出量が低いガスタービンが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明における熱交換隔壁は、航空機用ガスタービンの燃焼器の内筒を冷却するために好適に使用される。
【００２８】
図１を参照して、燃焼器２は、外筒４と内筒６とを具備している。外筒４には、図示しない圧縮機が吐出する圧縮空気１１を取り入れる空気入口９が設けられている。
【００２９】
内筒６の外壁はシェル１２によって形成されている。内筒６には、内筒６の内部に燃料を噴射する燃料ノズル８が設置され、内筒６の内部に空気を導入する空気入口１０が設けられている。
【００３０】
シェル１２の内側は、複数のパネル１４によって覆われている。パネル１４によって囲まれた空間は、燃料と空気とが混合され燃焼する燃焼室１６である。熱交換隔壁１はシェル１２との間に隙間が空くようにシェル１２に設置されている。その隙間は、圧縮空気１１が流入する冷却空気入口１７に連続している。燃焼室１６の下流側は、タービンの入口に接続されている。
【００３１】
パネル１４は、熱交換隔壁１ａにより形成されている。図２Ａを参照すると、熱交換隔壁１ａが備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１ａをｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１ａは、冷却空気入口１７がｘ軸の負方向になる向きで配置される。すなわち、冷却空気１８の流れは、平均してｘ軸の負方向から正方向に向う。
【００３２】
基板２４には、複数のフィン２２が設けられている。複数のフィン２２は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。フィン２２の形状は、基板に平行な断面の形状が楕円形であっても良い。熱交換隔壁１ａが鋳造によって製造される場合、フィン２２は基板に近づくに従って断面積が大きくなるようなテーパ部を有していると、型抜けが良い。
【００３３】
フィン２２は、ｙ軸方向に、ピッチＰ１で周期的に配列されている。ｙ軸方向に隣接する２本のフィンを各々フィン２２−１、フィン２２−２とすると、フィン２２−１とフィン２２−２を結ぶ線分の中点からｘ軸方向にピッチＰ２だけ離れた位置に、フィン２２−３が配置されている。
すなわち、フィン２２−１を含むｙ軸に平行なフィン２２の列と、フィン２２−３を含むｙ軸に平行なフィン２２の列とは、ｙ軸方向に半ピッチＰ１／２ずれて隣接している。
【００３４】
フィン２２は、ビオ数（＝（熱伝達率×代表長さ）／熱伝導率、ここで代表長さはフィン２２の直径）が０．４よりも大きくなるような伝熱条件にて、より効果的な冷却性能を示す。
尚、熱伝達率をＳＩ単位で示せば、その次元はＷ・ｍ−２・Ｋ−１であり、同じく熱伝導率はＷ・ｍ−１・Ｋ−１である。
【００３５】
ｘ軸方向にずれて隣接する任意の２本のフィン２２の間には、リブ２３が配置されている。リブ２３は、基板２４の表面に水平な方向の断面が長方形であり、そのリブ２３に隣り合う２本のフィン２２を結ぶ方向を長方形の長手方向として配置されている。リブ２３とフィン２２との間には隙間が空いている。
【００３６】
図２Ａに示された熱交換隔壁１ａをＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図２Ｂに示されている。基板２４のフィン２２が配置されている側と反対側の面は、燃焼室１６に面している。基板２４に垂直方向のフィン２の高さＨ１は、基板２４のフィン２２が配置されている側の表面とシェル１２との間の距離と比較して同一か、わずかに短い。
【００３７】
リブ２３の形状は、基板２４の表面に近づくに従って断面積が広くなるテーパ状であってもよい。リブ２３の基板に平行な断面の形状は、三角形あるいは五角形以上の多角形であってもよい。
【００３８】
フィン２２の高さＨ１は、３ｍｍ程度である。基板２４に垂直方向のリブ２３の高さｅは、フィン２の高さＨ１の半分以下である。好ましくは高さｅは高さＨ１の１／２０から１／４であり、更に好ましくは、高さｅは高さＨ１の１／１０である。
【００３９】
リブ２３の基板に平行な断面の長手方向の長さは、隣り合う２本のフィン２２の間隔よりも短い。
【００４０】
燃焼器２を備えるタービンが運転されるとき、燃焼室１６には燃料ノズル８により燃料が供給され、空気入口１０から圧縮空気１１が供給される。燃料と圧縮空気１１とは燃焼室１６の内部で混合され、図示しない点火装置によって点火されて燃焼する。圧縮空気１１は冷却空気入口１７からシェル１２とパネル１４との隙間に入り、冷却空気１８としてその隙間を流れる。又は、圧縮空気１１は、シェルに開けられた冷却用穴からシェル１２とパネル１４との隙間に入り、冷却空気１８としてその隙間を流れる。
【００４１】
図３を参照して、燃焼室１６における燃焼によって発生した熱の一部は、基板２４に伝達する。基板２４に伝達した熱の一部は、フィン２２に伝達する。冷却空気１８は、シェル１２と基板２４の間の空間を流れる。冷却空気１８は、基板２４の表面およびフィン２２の表面から熱を奪う。
【００４２】
フィン２２の根元（基板２４に近い部分）は、基板２４からの熱伝導により温度が高く、フィン２２の先端（基板２４から遠い部分）は、冷却空気１８により熱を奪われて温度が低い。フィン２２の根元と先端との温度差ΔＴは、フィン２２を形成する材料の熱伝導率とフィン２２の表面における熱伝達率により決まるビオ数が大きいほど、大きい。ビオ数がより大きい場合、ビオ数がより小さい場合よりもΔＴが大きい。このように、ΔＴが大きいフィン２２においては、冷却空気１８とフィン２２との温度差はフィン２２の根元付近で大きく、冷却空気１８はフィン２２の先端部分よりも根元の部分からより効率的に熱を奪うことができる。
【００４３】
リブ２３は、冷却空気１８の流れを攪乱して、フィン２２の根元付近に乱流３１を発生する。乱流３１が発生することにより、冷却空気１８はフィン２２の根元の部分および基板２４の表面からより効率的に熱を奪う。
【００４４】
図４を参照して、リブ２３の上端を冷却空気１８が通ることにより、乱流３１ａが発生する。リブ２３のフィン２２に対向する端部（端面）２５を冷却空気１８が通ることにより、乱流３１ｂが発生する。端部２５が多数あることにより、特に基板２４の単位面積当りの端部２５の数が基板２４の単位面積当りのフィン２２の個数と少なくとも同じだけあることにより、端部２５からの乱流３１ｂが多く発生し、フィン２２の根元付近と基板２４の表面とを効率的に冷却する。
【００４５】
リブ２３の高さｅは、フィン２２の根元付近を効率的に冷却するために、又は冷却空気１８の圧損を低減するために、フィン２２の高さＨ１の１／４以下であることが好ましい。リブ２３により乱流３１が効果的に発生されるためには、リブ２３の高さｅはフィン２２の高さＨ１の１／２０以上であることが好ましい。リブ２３の高さｅは、この両方の条件を満たしていることが好ましく、更に好ましくはリブ２３の高さｅはフィン２２の高さＨ１の１／１０である。
【００４６】
こうした熱交換隔壁１により、熱交換隔壁１自体の温度を下げることができ、かつ、燃焼室１６からシェル１２に伝わる熱が効果的に抑制される。熱交換隔壁１を備えた燃焼器２によれば、従来の技術と同じ耐熱性を有する材料の熱交換隔壁１及びシェル１２を用いて、燃焼室１６の温度を更に高くすることが可能である。こうした熱交換隔壁１を具備するガスタービンは、熱効率が高い。
【００４７】
こうした熱交換隔壁１は、基板２４にフィン２２を備え、リブ２３を備えていない熱交換隔壁と比較すると、単位面積当り、より少ない本数のフィン２２の本数によって、同じか又はそれ以上の冷却効率が達成される。そのため、本発明による熱交換隔壁によれば、同じ冷却効率を達成するための熱交換隔壁１の圧損は、リブ２３を備えていない場合よりも小さい。更に、フィン２２の本数が少ないことにより製造が容易になり、歩留まりが向上する。そのため、製造コストが低減される。
【００４８】
こうした熱交換隔壁１を備えた燃焼器２によれば、熱交換の効率が良いために、従来の技術と比較して同じ熱量を交換するために必要とされる冷却空気１８が少ない。そのため、従来の技術と比較して、圧縮空気１１の流量が等しい場合に、より多くの空気が燃焼室１６に導入される。燃焼室１６において燃料の流量に対する空気の流量が増大することにより、燃焼器２から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度が低減される。
【００４９】
こうした熱交換隔壁１を備えたガスタービンは、航空機用の推進用エンジンとして好適に用いられる。特に、超音速で飛行する航空機用の推進用エンジンとして好適に用いられる。こうしたエンジンを備えた航空機は、ＮＯｘの排出量が少い。
【００５０】
こうした熱交換隔壁１を備えた燃焼器は、対流圏外を飛翔することが可能な飛翔体のエンジンに好適に用いられる。
【実施例１】
【００５１】
図５には、本発明の実施例１における熱交換隔壁１ｂの構成が示されている。図５Ａを参照すると、熱交換隔壁１ｂが備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１ｂをｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１ｂは、冷却空気の流れが平均してｘ軸の負方向からｘ軸の正方向となる向きで配置される。
【００５２】
基板２４には、複数のフィン２２が設けられている。複数のフィン２２は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。基板２４には更に、複数のピン２６が設けられている。複数のピン２６は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。
【００５３】
フィン２２とピン２６とは、ｙ軸方向にピッチＰ１で交互に配列されている。ｙ軸方向に隣接するフィン２２とピン２６を各々フィン２２−１、ピン２６−１とすると、フィン２２−１とピン２６−１とを含む列にｘ軸方向にピッチＰ２ずれて隣接するフィン２２−２とピン２６−２との列は、フィン２２−１とフィン２２−２とを含む列に対して、ｙ軸方向に半ピッチＰ１／２だけずれて互い違いに配置されている。
【００５４】
図５Ａに示された熱交換隔壁１ｂをＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図５Ｂに示されている。ピン２６の基板２４の表面に垂直方向の高さＨ２は、フィン２２の基板２４の表面に垂直方向の高さＨ１より短く、好ましくは２分の１以下である。
【００５５】
こうした熱交換隔壁１ｂは、［発明を実施するための最良の形態］に記載された熱交換隔壁１と同じくガスタービンの燃焼器の内筒の内側に取り付けられて使用される。こうした熱交換隔壁１ｂは、構造が単純であるため製造が容易である。こうした熱交換隔壁１ｂは、ピン２６が短いため圧損が少ない。
【実施例２】
【００５６】
図６を参照して、本発明の実施例２における熱交換隔壁１ｃの構成を説明する。図６Ａを参照すると、熱交換隔壁１ｃが備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１ｃをｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１ｃは、冷却空気１８の流れが平均してｘ軸の負方向からｘ軸の正方向となる向きで配置される。
【００５７】
基板２４には、複数のフィン２２が設けられている。複数のフィン２２は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。フィン２２は、ｙ軸方向にピッチＰ１で配列されている。ｙ軸方向に隣接する２本のフィン２２をフィン２２−１、フィン２２−２とすると、フィン２２−１とフィン２２−２とを含むフィン２２の列にｘ軸方向にピッチＰ２だけずれて隣接するフィン２２の列は、フィン２２−１とフィン２２−２とを含む列に対して、ｙ軸方向に半ピッチＰ１／２だけずれて互い違いに配置されている。
【００５８】
各々のフィン２２に対して、冷却空気１８の上流側にリブ２３が設けられている。リブ２３の基板２４の表面に平行な断面は、ｘ軸方向に対して４５度の方向を長手方向とする長方形をしている。
【００５９】
図６Ａに示された熱交換隔壁１ｃをＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図６Ｂに示されている。フィン２２は、［発明を実施するための最良の形態］におけるフィン２２と同じ形状と同じ大きさをしている。
【００６０】
こうした熱交換隔壁１ｃは、［発明を実施するための最良の形態］に記載された熱交換隔壁１と同じくガスタービンの燃焼器の内筒の内側に取り付けられて使用される。こうした熱交換隔壁１ｃは、リブ２３によって発生された乱流がその下流方向のフィン２２に効率良く当たるため、冷却効率が高い。
【実施例３】
【００６１】
図７を参照して、本発明による熱交換隔壁の実施例３について説明する。図７Ａを参照すると、熱交換隔壁１ｄが備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１ｄをｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１ｄは、冷却空気１８の流れが平均してｘ軸の負方向からｘ軸の正方向に向う向きで配置される。
【００６２】
基板２４には、複数のフィン２２が設けられている。複数のフィン２２は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。フィン２２は、ｙ軸方向に、ピッチＰ１で周期的に配列されている。ｙ軸方向に隣接する２本のフィンを各々フィン２２−１、フィン２２−２とすると、フィン２２−１とフィン２２−２とを含むフィン２２の列にｘ軸方向にピッチＰ２だけずれて隣接するフィン２２の列は、フィン２２−１とフィン２２−２とを含むフィン２２の列に対して、ｙ軸方向に半ピッチＰ１／２だけずれて互い違いに配置されている。
【００６３】
隣接する任意の２本のフィン２２を結ぶ線上の中央には、小ピン２７が配置されている。小ピン２７は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。小ピン２７の断面の直径はフィン２２の断面の直径よりも小さい。
【００６４】
図７Ａに示された熱交換隔壁１ｄをＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図７Ｂに示されている。基板２４に垂直方向の小ピン２７の高さＨ３は、フィン２２の高さＨ１の半分以下である。好ましくは高さＨ３は高さＨ１の１／２０から１／４であり、更に好ましくは、高さＨ３は高さＨ１の１／１０である。
【００６５】
こうした熱交換隔壁１ｄは、［発明を実施するための最良の形態］に記載された熱交換隔壁１と同じくガスタービンの燃焼器の内筒の内側に取り付けられて使用される。こうした熱交換隔壁１ｄは、小ピン２７が任意の２本のフィン２２の間に配置されているため、フィン２２の根元付近には小ピン２７によって発生された乱流が効率良く当たり、冷却効率が高い。
【実施例４】
【００６６】
図８を参照して、本発明による熱交換隔壁の実施例４について説明する。図８Ａを参照すると、熱交換隔壁１ｅが備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１ｅをｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１ｅは、冷却空気１８の流れが平均してｘ軸の負方向からｘ軸の正方向に向う向きで配置される。
【００６７】
基板２４の表面には、複数のフィン２２が設けられている。複数のフィン２２が設けられている位置はランダムである。各々のフィン２２は上記実施例と同様に円筒形を有している。
【００６８】
各々のフィン２２に対して、冷却空気１８の流れの上流側に所定の距離で、リブ２８が配置されている。リブ２８は、基板２４に平行な断面の形状が、一端が円弧をなし他端が鋭角で接する２辺からなる涙型をしている。
【００６９】
図８Ａに示された熱交換隔壁１ｅをＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図８Ｂに示されている。基板２４に垂直方向のリブ２８の高さＨ４は、フィン２２の高さＨ１の半分以下である。好ましくは高さＨ４は高さＨ１の１／２０から１／４であり、更に好ましくは、高さＨ４は高さＨ１の１／１０である。
【００７０】
こうした熱交換隔壁１ｅは、［発明を実施するための最良の形態］に記載された熱交換隔壁１と同じくガスタービンの燃焼器の内筒の内側に取り付けられて使用される。こうした熱交換隔壁１ｅを備えた流路に冷却空気１８が流されると、リブ２３は下流側に乱流を発生し、各々のリブ２８の下流側に配置されたフィン２２ｂの根元付近を効率的に冷却する。各々のリブ２８は、涙型の形状のために、圧力損失を大きく増加させることなく、下流側で効率的に乱流を発生して、さらに冷却効率を向上させる。
【実施例５】
【００７１】
本発明の実施例５において、熱交換隔壁はタービンの動翼を冷却するために用いられる。図９を参照して、ガスタービンの動翼４０には、内部に冷却媒体４２を流すための冷却通路４１が設けられている。
【００７２】
冷却通路４１の内壁は、フィン２２を冷却通路４１の内側に向けて設置された熱交換隔壁１によって覆われている。熱交換隔壁１の構造は、［発明を実施するための最良の形態］又は［実施例１］〜［実施例４］のうちのいずれかに記載された構造と同一である。
【００７３】
ガスタービンが運転されているとき、高温ガス４３が動翼４０に向って吹き付けられ、動翼４０を図示しない回転軸のまわりに回転する。冷却通路４１には、動翼４０の基部から冷却媒体４２が供給される。冷却媒体４２は、動翼４０の熱を内部から奪い、高温ガス４３の流れる通路に流出する。冷却通路４１の内壁に設置された熱交換隔壁１は、動翼４０の熱を効率的に冷却媒体４２に移転する。
【００７４】
動翼４０は、熱交換隔壁１により効率的に冷却されるため、高温ガス４３の温度がより高いガスタービンに好適に用いられる。あるいは、高温ガス４３の温度が同じガスタービンに対して冷却媒体４２の流量が少なくて済む。
【００７５】
この動翼４０のごとき冷却構造は、ガスタービンの静翼の冷却構造としても適用でき、同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ガスタービンの燃焼器の構成を示す。
【図２Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す上面図である。
【図２Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す側面図である。
【図３】熱交換隔壁の効果を説明するための図である。
【図４】熱交換隔壁の効果を説明するための図である。
【図５Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す上面図である。（実施例１）
【図５Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す側面図である。（実施例１）
【図６Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す上面図である。（実施例２）
【図６Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す側面図である。（実施例２）
【図７Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す上面図である。（実施例３）
【図７Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す側面図である。（実施例３）
【図８Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す上面図である。（実施例４）
【図８Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す側面図である。（実施例４）
【図９】熱交換隔壁の実施方法を示す。（実施例５）
【符号の説明】
【００７７】
１…熱交換隔壁
２…燃焼器
４…外筒
６…内筒
８…燃料ノズル
９…空気入口
１０…空気入口
１１…圧縮空気
１２…シェル
１４…パネル
１６…燃焼室
１７…冷却空気入口
１８…冷却空気
２２…フィン
２３…リブ
２４…基板
２６…フィン
２７…小ピン
２２…フィン
２８…リブ
４０…動翼
４１…冷却通路
４２…冷却媒体
４３…高温ガス
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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